اكتشف الفيزيائيون اندماجًا للثقوب السوداء لا ينبغي أن يكون موجودًا

منذ سبعة مليارات سنة ، في مكان ما على الحافةالكون ، كان هناك اصطدام بين جسمين عملاقين مظلمين. يلقي هذا الحدث الضوء على العملية غير المرئية للتوسع المتسارع للكون: بالاهتزاز في الزمكان ، أصدر ثقبان أسودان فائقان الضخامة صوتًا عاليًا ينكسر فجأة. استمرت الإشارة عُشر ثانية ، لكن هذا كان كافياً لكاشفات مرصد LIGO لموجات الجاذبية التداخلية ومرصد قياس التداخل VIRGO لتسجيلها. كما كتب مؤلفو الدراسات الجديدة ، تثير إشارة قصيرة من مجرة ​​بعيدة العديد من الأسئلة ، لا سيما في المجالات المتعلقة بتكوين وتطور الثقوب السوداء. كانت إحدى الثقوب المتصادمة ، أو ربما كلاهما ، ضخمة جدًا ولا يمكن أن تتشكل نتيجة لانهيار النجوم النيوترونية. علاوة على ذلك ، نتج عن الاندماج ثقب أسود أكبر ، تبلغ كتلته 142 ضعف كتلة الشمس ولا ينبغي أن يكون موجودًا وفقًا للنماذج القياسية. ولكن كيف يكون هذا ممكنا؟

تبدو محاكاة اندماج الثقوب السوداء هكذا

الثقوب السوداء الشاذة

الثقوب السوداء تنبأ بها ألبرت أينشتاينهذه أجسام ضخمة ، جاذبيتها عظيمة لدرجة أنه حتى فوتونات الضوء لا تستطيع تركها. تم إثبات وجود هذه الأجسام الغامضة في عام 2015 ، بعد أن سجل مرصد LIGO و VIRGO موجات الجاذبية - تموجات في الزمكان ظهرت نتيجة تصادم ثقبين أسودين فائق الكتلة. اقرأ المزيد عن الاكتشاف الذي جلب جائزة نوبل في الفيزياء لمؤسسي LIGO في مادة زميلي Artem Sutyagin.

مات معظم الثقوب السوداء المعروفةالنجوم الضخمة التي تحطمت إلى أشياء أكبر من الشمس عدة مرات. لكن داخل المجرات ، هناك ثقوب سوداء أكبر بملايين أو بلايين المرات من نجمنا. كيف نمت هذه الأشياء إلى هذا الحجم - اللغز الأبدي لعلم الفلك.

في نهاية حياتك ، عندما تنفد النجوموقود نووي ولم يعودوا يقاومون جاذبيتهم ، ينهارون (ينهارون). النجوم ذات الكتلة المنخفضة ، بما في ذلك شمسنا ، تتحول في النهاية إلى أشباح نجمية خافتة تُعرف باسم "الأقزام البيضاء". النجوم ، التي تبلغ كتلتها حوالي 8 أضعاف كتلة الشمس ، تصبح كثيفة بشكل لا يصدق وأجسام صغيرة تسمى النجوم النيوترونية. والنجوم الضخمة حقًا التي تزيد كتلتها عن 20 كتلة شمسية عند الولادة تصبح ثقوبًا سوداء ، وتتراوح كتلها المحدودة من كتلة قليلة إلى حوالي 40 كتلة شمسية.

حتى وقت قريب ، لم يفعل الباحثون ذلكهناك الكثير من الأدلة على وجود ثقوب سوداء ذات أحجام متوسطة ، ولنقل ، ذات أحجام متوسطة ، تتجاوز كتلتها الكتلة الشمسية بمقدار 100 و 100000 مرة. الثقب الأسود الناتج عن اندماج مثل هذه الأجسام الضخمة هو أول مثال مقنع لوجود هذه "الحلقة المفقودة" في علم الفلك.

تُظهر الصورة تموجات من الزمكان وصوت قصير

ونقلت صحيفة نيويورك تايمز الكلمات على الفورالعديد من العلماء الذين لم يشاركوا في البحث. على سبيل المثال ، كتب عالم الفيزياء الفلكية من جامعة نورث وسترن فيكي كالوريجا ما يلي في رسالة بريد إلكتروني: "هذا هو القياس الأول والوحيد الموثوق به لكتلة ثقب أسود متوسط ​​الحجم وقت ولادته. نحن نعلم الآن على وجه اليقين أن طريقة واحدة على الأقل يمكن من خلالها تشكيل هذه الأجسام هي دمج ثقوب سوداء أخرى ".

لتكون دائمًا على دراية بآخر الأخبار من عالم العلوم الشعبية والتقنيات المتقدمة ، اشترك في قناتنا الإخبارية في Telegram.

وفقًا لسيرجي كليمينكو ، الفيزيائي بجامعة فلوريدا ، فإن هذا الاكتشاف يعد أيضًا معلمًا مهمًا في علم فلك الموجات الثقالية. كان العالم يبحث عن هذه الأشياء منذ 15 عامًا. لاحظ الباحث أن علماء الفلك قد يكون لديهمحصلنا على فكرة عن العملية التي "يبني" الكون من خلالها ثقوبًا سوداء في الظلام ، وتحويل الأجسام الصغيرة إلى حواجز صاخبة.

دانيال هولتز ، عالم فيزياء نظرية من شيكاغوالجامعة وعضو في فريق LIGO ، أطلقوا على العمل الجديد "أول اكتشاف LIGO / Virgo مذهل حقًا." تم اكتشاف أنظمة ثنائية أخرى سابقًا ، وفقًا للعالم ، تتناسب جيدًا مع التوقعات. لكن في هذه الحالة ، لا ينبغي أن توجد مثل هذه الثقوب السوداء الضخمة!

تم تضمين مجموعة دولية من الباحثين فيأبلغ أحد أعضاء تعاوني LIGO و Virgo عن النتائج التي توصلوا إليها في ورقتين نشرتا في مجلة Physical Review Letters و Astrophysical Journal Letters. وفقًا للنتائج التي تم الحصول عليها ، تكشفت الأحداث على مسافة لا يمكن تصورها تقريبًا من الأرض - 17 مليار سنة ضوئية. أحد الثقوب السوداء كتلته 85 مرة كتلة الشمس ، والثاني كتلته 66 ضعف كتلة نجمنا ، اندمجت معًا في تصادم ، مما أدى إلى تكوين ثقب أسود أكبر من الشمس بمقدار 142 مرة.

كما لاحظ مؤلفو الدراسة ، هذه العمليةقد يكون الاندماج دليلًا مهمًا على أصل الثقبين الأسودين الأكثر ضخامة. من المفترض أن الثقب الأسود GW190521 كان له كتلة 85 شمسًا ، ووفقًا لمنطق الفيزياء الفلكية القياسي ، لا ينبغي أن يكون موجودًا. لا يمكن أن تتكون الثقوب السوداء ذات الكتلة من 50 إلى 120 شمسًا ، على الأقل من نجم محتضر - وهذا بالضبط ما يُظهره التاريخ والحسابات.

أسرار النجوم الضخمة

اقترح الباحثون لبعض الوقتأن شيئًا غريبًا يحدث للنجوم الضخمة جدًا ، ربما تلك التي تتراوح كتلتها الأولية بين 130 و 250 كتلة شمسية ، والتي تصبح نواتها ساخنة جدًا (حوالي مليار درجة كلفن) في نهاية التطور النجمي. الضوء المنعكس داخل هذه النجوم نشط للغاية لدرجة أنه يمكن أن يتحول إلى أزواج من الإلكترونات والبوزيترونات (البوزيترونات هي نظائر المواد المضادة للإلكترون - فهي متطابقة تقريبًا ، لكن لها شحنة معاكسة).

الثقوب السوداء "المتوسطة" هي الحلقة المفقودة في علم الفلك

وهذا بدوره يجعل النجم غير مستقر: ينخفض ​​الضغط فجأة ، ويتقلص مركز النجم ويسخن ، ويجبر الاندماج النووي العابر النجم بأكمله على الانفجار في "مستعر أعظم ساطع" "عدم استقرار زوجي" ، دون ترك أي بقايا وراءه.

مثير للاهتمام: يمكن استخدام الثقوب السوداء كمصدر للطاقة اللانهائية

كما يلاحظ الدكتور هولتز ، الثقب الأسود الكبيريقع في منتصف منطقة لا تنتمي إليها الثقوب السوداء. يبدو أن الطبيعة قد تجاهلت جميع حساباتنا النظرية الدقيقة ، بحجة أن الثقوب السوداء بهذه الكتلة غير موجودة. وأضاف: "اكتشافات كهذه تثبط الاهتمام وتثير الاهتمام. من ناحية أخرى ، تبين أن أحد معتقداتنا الرئيسية خاطئ. من ناحية أخرى ، هناك شيء جديد وغير متوقع في هذا ، والآن يستمر السباق ، لأنه عليك محاولة معرفة ما يحدث.

وفقا للدكتور هولز وآخرين ، أكثر منالمثير للاهتمام هو احتمال أن يكون الثقب الأسود شديد الضخامة GW190521 قد تشكل من ثقبين أسودين صغيرين تصادما واندمجا. في هذه الحالة ، سيكون الاندماج الذي لوحظ في يونيو 2020 حدثًا من الجيل الثاني أو حتى الثالث ، واحدًا في سلسلة هرمية من اندماجات الثقوب السوداء التي تؤدي في النهاية إلى ثقوب سوداء فائقة الكتلة. يعتقد بعض علماء الفيزياء الفلكية أن مثل هذه الاندماجات من المحتمل أن تحدث بالقرب من مراكز المجرات ، حيث تخلق الثقوب السوداء الهائلة دوامات من الغاز وأشياء أخرى يمكن أن تتجمع فيها آلاف الثقوب السوداء الصغيرة وتتضاعف.